工作原理

在受到外力作用后，粘贴在弹性体的应变片随之产生形变引起电阻变化，电阻变化使组成的惠斯登电桥失去平衡输出一个与外力成线性正比变化的电量电信号。

应用

测力传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之广泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的测力传感器。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种测力传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的测力传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，测力传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到nm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的测力传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测测力传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些测力传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

分类

测力传感器根据原理主要有：

（1）被测力使弹性体（如弹簧、梁、波纹管、膜片等）产生相应的位移，通过位移的测量获得力的信号。

（2）弹性构件和应变片共同构成传感器，应变片牢固粘贴在构件表面上。弹性构件受力时产生形变，使应变片电阻值变化（发生应变时，应变片几何形状和电阻率发生改变，导致电阻值变化），通过电阻测量获得力的信号。应变片可由金属箔制成，也可由半导体材料制成。

（3）利用压电效应测力。通过压电晶体把力直接转换为置于晶体两面电极上的电位差。

（4）力引起机械谐振系统固有频率变化，通过频率测量获取力的相关信息。

（5）通过电磁力与待测力的平衡，由平衡时相关电磁参数获得力的信息。

选型指南

A、传感器量程（测力范围）的选取要综合以下几个方面综合考虑

1）正常使用状态下（静态测试或准静态测试，使用频率不高），传感器的量程选取一要考虑被测力值，同时还要考虑辅助工装的重量（测试夹具等），传感器量程一般选取是（被测量+工装）×1.2——1.5倍。

2）动态使用时，传感器的量程一般选取大于所测力值的3——5倍以上

3）考虑当有设备最大出力时（伺服电机，气缸等出力等有过冲力），需要考虑过冲力对传感器的的影响，因此在选择时传感器的量程要大于过冲力的2倍以上。

B、传感器的精度：

1）传感器的精度要根据测量系统对测力传感器的要求来选取

2）传感器的综合精度：&=（√（RL2+RR2+RH2+CP2））/4,传感器线性，滞后、重复性、蠕变，灵敏度温度影响的综合值，传感器的综合精度要高于系统精度的2——3倍以上

3）传感器的灵敏度S，决定传感器的分辨率，同时决定系统分辨率

C、安装方式

1）固定的方式：螺纹固定、平面固定、附件固定

2）安装空间：决定传感器的外形尺寸要求：长宽高、外径等

D、受力方式：点受力、面受力、孔径受力、测压力、扭力、多分力……等

E、使用环境影响

1）环境温度、湿度要求

2）IP等级要求

3）防爆等级要求

F、供电要求

微型测力传感器选型要主要供电电压等。

注意事项

1）设计加载装置与安装时应保证加载力的作用线与测力传感器受力轴线重合，使得倾斜负荷与偏心负荷的影响减至最小。

2）就在水平调整方面。如果使用的是单只测力传感器的话，他们底座的安装平面要使用水平仪调整直到水平；如果是多个传感器同时测量的情况，那么它们底座的安装面要尽量保持在一个水平面上，这样做的目的主要就是为了保证每个传感器所承受的力量基本一致。

3）测力传感器需要轻拿轻放，尤其对于用合金铝材料作为弹性体的小容量传感器，任何振动都会造成的冲击或者跌落，都很有可能造成很大的输出误差。

4）传感器的底座安装面应该尽可能的平整以及清洁，没有任何油污或者胶膜等存在。安装底座本身应具备足够的强度与刚性，通常要求高于传感器本身的强度和刚度。

5）传感器应放在干燥通风无腐蚀性气体的室内。

6）传感器外壳、保护盖板、引线接头都需要经密封处理，用户不准打开。

7）按照其说明中测力传感器的量程选定来确定所用传感器的额定载荷。

8）然后在无法避免时应加装防护或缓解装置。

9）为了防止大电流直接窜过传感器本体而损坏传感器禁止在传感器安装后进行电焊作业。

10）为防止化学腐蚀。安装时宜用凡士林涂抹测力传感器外表面。应该避免阳光直晒以及环境温度剧变的场台使用

11）电缆线不宜自行加长，在确实需加长时应在接头处锡焊，而且加防潮密封胶。

12）在高度精度使用场合，应使测力传感器与仪表在预热30分钟后使用。

13）在测力传感器周围最好采用一些挡板把传感器罩起来。这样做的目的可防止杂物掉进传感器的运动部分，影响其测量精度。

14）在测力传感器加载装置两端加接铜编织线做的旁路器。

15）按其说明中的测力传感器量程选定来确定所用传感器的额定载荷，测力传感器虽然本身具备一定的过载能力，不过在安装和使用过程中应尽量避免此种情况。有时短时间的超载，也可能会造成传感器永久损坏。

16）传感器的电缆线应远离强动力电源线或有脉冲波的场所，无法避竞时应把测力传感器的电缆线单独穿入铁管内，而且尽量缩短连接距离。

故障排除

A、提高应力（应变）水平的应力集中原则

若要测力传感器达到较高的灵敏度，通常应该使电阻应变片有较高的应变水平，即在弹性体上贴片部位应该有较高的应力（应变）水平。

B、实现弹性体上贴片部位达到较高应力（应变）水平有两种常用的方法：

（1）整体减小弹性体的尺寸，全面提高弹性体上的应力（应变）水平;

（2）在贴片部位附近对弹性体进行局部削弱，使贴片部位局部应力（应变）水平提高，而弹性体其它部位的应力（应变）水平基本不变。

以上两种方法都可以提高贴片部位的应力（应变）水平，但对弹性体整体性能而言，局部削弱弹性体的效果并不影响测试结果。

因为局部削弱弹性体既能提高贴片部位的应力（应变）水平，又使得弹性体整体保持较高的强度和刚度，有利于提高传感器的性能和使用效果。

局部削弱弹性体提高贴片部位应力（应变）水平的原理是：通过局部削弱弹性体，造成局部的应力集中，使得应力集中部位的应力（应变）水平明显高于弹性体其它部位的应力水平，将电阻应变片粘贴于应力集中部位，就可以测得较高的应变水平。

局部应力（应变）集中的方法在测力传感器的设计中经常被采用，尤其在梁式测力传感器（如弯曲梁式和剪切梁式测力传感器）的弹性体设计中被广泛应用。

局部应力（应变）集中方法应用较为成功的当数剪切梁式测力传感器。剪切梁式测力传感器是通过检测梁式弹性体上的剪应力（剪应变）实现测力的。